水稻穗部農(nóng)藝性狀與稻曲病抗性相關(guān)性研究

摘要：水稻穗部病害稻曲病是我國(guó)水稻主要病害之一，嚴(yán)重危害水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)，水稻抗稻曲病品種選育是稻曲病防控最有效且經(jīng)濟(jì)的方式。由于稻曲病的發(fā)生受環(huán)境影響較大，不同的溫度和濕度都會(huì)使同一品種對(duì)稻曲病的抗性表現(xiàn)出很大差異，依據(jù)國(guó)際水稻所提供的種質(zhì)材料在江蘇地區(qū)的生育期，篩選到23份生育期相近的水稻種質(zhì)，通過稻曲病田間病圃自然誘發(fā)和人工注射接種2種方法，發(fā)現(xiàn)不同種質(zhì)材料對(duì)稻曲病的抗性存在差異。比較分析水稻的孕穗期旗葉和倒2葉的長(zhǎng)、寬、面積，以及水稻穗粒數(shù)、穗初級(jí)枝梗數(shù)、穗次級(jí)枝梗數(shù)等農(nóng)藝性狀與水稻對(duì)稻曲病抗性的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)旗葉和倒2葉寬的水稻在田間自然條件下更容易發(fā)生稻曲?。划?dāng)?shù)厩“l(fā)生時(shí)，倒2葉越長(zhǎng)、面積越大，發(fā)病越嚴(yán)重。同時(shí)比較不同接種方式，發(fā)現(xiàn)人工接種發(fā)病程度較田間自然發(fā)病重，且田間自然發(fā)病種質(zhì)的發(fā)病嚴(yán)重度與人工接種發(fā)病種質(zhì)的發(fā)病嚴(yán)重度無顯著相關(guān)性。本研究結(jié)果可為水稻抗稻曲病品種選育和栽培品種選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：稻曲病菌；水稻；穗部；農(nóng)藝性狀；稻曲病抗性；接種；相關(guān)性

中圖分類號(hào)：S435.111.4⁺6""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）22-0123-05

水稻稻曲病是由子囊真菌稻曲病菌［Ustilaginoidea virens （Cook.） Tak.］侵染水稻穗部引起的病害。近年來，隨著優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻的大面積推廣和耕作制度的變化，稻曲病已經(jīng)成為我國(guó)乃至世界水稻產(chǎn)區(qū)的主要病害之一。稻曲病的發(fā)生可以造成水稻空秕率增加，千粒重下降，影響水稻產(chǎn)量。我國(guó)稻曲病年均發(fā)生面積超300萬hm²，年產(chǎn)量損失近1.6億kg，其中長(zhǎng)江中下游稻區(qū)是病害發(fā)生的重點(diǎn)區(qū)域，占全國(guó)發(fā)生面積的19%～40%^［1］。在印度，稻曲病菌可侵染5%～85% 的稻穗，產(chǎn)量損失達(dá)0.2%～49%^［2］。此外，稻曲病菌還能產(chǎn)生稻曲菌素、黑粉菌素等真菌毒素，可抑制微管組裝，影響植物生長(zhǎng)，危害人畜健康^［3］。

水稻孕穗期尤其是破口前5～7 d，是稻曲病菌侵染水稻的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)^［4］。在自然條件下，稻曲病菌推測(cè)從穗鞘的側(cè)面裂縫或頂端縫隙，突破水稻穗苞這個(gè)天然屏障進(jìn)入穗苞內(nèi)部，并沿著穎殼間隙進(jìn)入谷粒內(nèi)部，特異性侵染水稻花絲，實(shí)現(xiàn)病害侵染^［5］。唐善軍等研究水稻穗部農(nóng)藝性狀與其稻曲病抗性的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)穗部性狀與病穗率的相關(guān)性依次為著粒密度gt;穗總粒數(shù)gt;二次枝梗gt;一次枝梗^［6］。陳天琪等通過分析多病粒的高感水稻品種與寡病粒的相對(duì)抗病水稻品種的穗部性狀，認(rèn)為兩者在稻穗大小、穗鞘閉合程度、旗葉面積等方面均存在明顯差異^［7］。而盧代華等的研究結(jié)果顯示，水稻有效穗數(shù)、劍葉等性狀與品種的田間抗性有一定相關(guān)性，但不顯著^［8］。由于稻曲病的發(fā)生受環(huán)境影響較大，不同的溫度和濕度都會(huì)使同一品種對(duì)稻曲病的抗性表現(xiàn)出很大差異，本試驗(yàn)從國(guó)際水稻所提供的水稻種質(zhì)中篩選出生育期相近的水稻材料，以排除環(huán)境差異對(duì)品種抗性評(píng)價(jià)的影響，并通過調(diào)查其穗部農(nóng)藝性狀，分析這些性狀與水稻稻曲病抗性之間的相關(guān)性，為水稻抗稻曲病品種選育和栽培品種選擇提供參考^［9］。

1"材料與方法

1.1"供試水稻材料及栽培管理

供試水稻種質(zhì)資源23份（表1），由國(guó)際水稻研究所提供。用于人工接種的水稻種質(zhì)材料種植于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院本部試驗(yàn)基地的水池中，接種后1周內(nèi)每天08：00—18：00用電動(dòng)噴霧器每隔1 h對(duì)水稻植株上層噴霧5 min清水以增加濕度，其余時(shí)期按照常規(guī)水稻栽培管理措施進(jìn)行田間管理。用于病圃自然誘發(fā)的水稻種質(zhì)材料種植于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合試驗(yàn)基地的水池中，全程按照常規(guī)水稻栽培管理措施進(jìn)行田間管理。

2022年5月14日育秧，6月16日插秧；2023年5月13日育秧，6月12日插秧。每個(gè)種質(zhì)插5行，行距20 cm，每行6穴，穴距15 cm，每穴2～3株。

1.2"病原菌人工注射接種

用筆者所在實(shí)驗(yàn)室保存的對(duì)水稻感病品種兩優(yōu)培九具有強(qiáng)致病力的單孢菌株，在馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)液中搖培6 d，配制成分生孢子終濃度為10⁶個(gè)/mL的分生孢子和碎菌絲懸浮液，于水稻破口前5～7 d注入穗苞內(nèi)^［4］。每個(gè)水稻材料接種10個(gè)主穗，接種4周后調(diào)查稻曲病發(fā)病情況。

1.3"不同水稻種質(zhì)材料農(nóng)藝性狀測(cè)定

本試驗(yàn)選擇水稻孕穗期可能與稻曲病菌定殖侵染相關(guān)的農(nóng)藝性狀進(jìn)行測(cè)定，主要包括孕穗期旗葉和倒2葉的長(zhǎng)、寬、葉片面積、旗葉與主軸徑向夾角、穗粒數(shù)、穗初級(jí)枝梗數(shù)和次級(jí)枝梗數(shù)等。在水稻孕穗期破口前7 d，每個(gè)種質(zhì)采集10個(gè)主穗進(jìn)行測(cè)量。

1.4"病情調(diào)查與分析

病情調(diào)查包括平均每穗病粒數(shù)和病穗率，參照江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/T 1506—2009《水稻品種（系）抗稻曲病鑒定方法與抗性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》，計(jì)算每個(gè)種質(zhì)的病情指數(shù)（DI）。

1.5"數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)上述測(cè)量和病情結(jié)果用GraphPad Prism 8軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析不同水稻穗部的農(nóng)藝性狀與其致病力的關(guān)系，并計(jì)算其相關(guān)系數(shù)、分析相關(guān)性。

2"結(jié)果與分析

2.1"供試水稻種質(zhì)篩選

為減少環(huán)境對(duì)不同水稻種質(zhì)稻曲病抗性評(píng)價(jià)的影響，本試驗(yàn)從310份國(guó)際水稻所提供的水稻種質(zhì)資源中，篩選到在南京適宜種植且生育期相近的水稻材料，孕穗期（50% 稻穗孕穗時(shí)間）均在7月31日左右。此外，為排除水稻可能存在的抗性基因?qū)υ囼?yàn)結(jié)果的影響，本試驗(yàn)對(duì)上述材料進(jìn)行人工接種，經(jīng)過2022、2023年2年試驗(yàn)，共篩選到人工接種可以誘發(fā)稻曲病的水稻材料23份，其中自然條件下病圃誘導(dǎo)不發(fā)病的水稻材料14份，自然條件下病圃誘導(dǎo)發(fā)病的水稻材料9份（表1）。

2.2"水稻旗葉和倒2葉性狀與稻曲病病圃自然誘發(fā)的關(guān)系

稻曲病菌在侵染水稻過程中菌絲可附著在水稻穗苞表面，通過雨水等媒介進(jìn)入穗苞內(nèi)部，因此穗部葉片和葉鞘對(duì)稻曲病菌的初始菌量積累具有重要作用。筆者對(duì)孕穗期不同水稻的旗葉和倒2葉的長(zhǎng)、寬進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)病圃自然誘發(fā)發(fā)病的種質(zhì)材料的旗葉和倒2葉平均葉寬［（1.67±0.15）、（1.35±0.10） cm］均大于不發(fā)病的種質(zhì)材料［（1.43±0.12）、（0.98±0.17） cm］，且均存在顯著差異（圖1-A 和圖1-D）。然而，旗葉和倒2葉的長(zhǎng)度、葉片面積在稻曲病發(fā)病和不發(fā)病種質(zhì)之間沒有顯著差異（圖1-B、圖1-C、圖1-E、圖1-F）。

相關(guān)性分析病圃自然誘發(fā)發(fā)病種質(zhì)的病情指數(shù)與旗葉、倒2葉性狀的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)倒2葉長(zhǎng)度和倒2葉面積與病情指數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯著，呈正相關(guān)關(guān)系（表2）， "即在發(fā)病情況下，倒2葉葉長(zhǎng)和葉面積

越大，發(fā)病越嚴(yán)重；種質(zhì)對(duì)稻曲病的抗感性與其他農(nóng)藝性狀參數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析不顯著（P值分別為0.133 9、0.121 9、0.225 2、0.588 9、0.007 2、0.006 2）。

倒2葉葉片與葉鞘之間的徑向夾角是影響穗鞘密封性的因素之一^［7］。本試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，倒2葉與葉鞘的徑向夾角在發(fā)病和不發(fā)病種質(zhì)之間沒有顯著差異。相關(guān)性分析病圃自然誘發(fā)發(fā)病種質(zhì)的病情指數(shù)與徑向夾角，兩者統(tǒng)計(jì)學(xué)分析不顯著（P=0.945 4）（表2）。

2.3"水稻穗部性狀與種質(zhì)田間抗性的關(guān)系

分析穗部性狀每穗粒數(shù)、初級(jí)枝梗數(shù)和次級(jí)枝梗數(shù)與稻曲病抗性的關(guān)系，從圖2可知，3個(gè)農(nóng)藝性狀在自然發(fā)病種質(zhì)和自然不發(fā)病種質(zhì)之間均不存在顯著差異。

相關(guān)性分析田間病圃自然發(fā)病種質(zhì)的病情指數(shù)與穗部農(nóng)藝性狀的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)與穗病粒數(shù)、初級(jí)枝梗數(shù)、次級(jí)枝梗數(shù)與種質(zhì)病圃自然誘發(fā)的病情指數(shù)高低呈正相關(guān)（表3），但3個(gè)性狀與病情相關(guān)性均不顯著（P分別為0.988 0、0.969 4、0.076 5）。

2.4"水稻稻穗性狀與人工注射接種發(fā)病的關(guān)系

人工注射接種突破了穗苞對(duì)谷粒保護(hù)的天然屏障，使得水稻對(duì)稻曲病菌的抵抗僅一方面來源于水稻穎殼，另一方面來源于水稻自身的免疫抗性和抗性基因。分析23個(gè)種質(zhì)的水稻穗部性狀與其人工接種發(fā)病嚴(yán)重度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)每穗粒數(shù)、穗初級(jí)枝梗數(shù)、穗次級(jí)枝梗數(shù)與均水稻感稻曲病呈正相關(guān)關(guān)系，但均不顯著（P分別為0.397 2、0.714 9、0.119 9）（表4）。

2.5"種質(zhì)病圃自然誘發(fā)與人工注射接種發(fā)病的關(guān)系

病圃自然誘發(fā)和人工注射接種發(fā)病是水稻稻曲病抗性鑒定的2種重要方法。本試驗(yàn)比較了水稻病圃自然誘發(fā)和人工注射接種發(fā)病情況，發(fā)現(xiàn)供試的23份水稻種質(zhì)中，有22份種質(zhì)的人工注射接種病情指數(shù)高于病圃自然誘發(fā)（表1）。在自然誘發(fā)發(fā)病和自然誘發(fā)不發(fā)病種質(zhì)之間，人工注射接種引起的稻曲病嚴(yán)重度不存在顯著差異，即兩者都有人工接種病情指數(shù)較高的種質(zhì)，也都存在病情指數(shù)較低的種質(zhì)（圖3-A）。

相應(yīng)地，在病圃自然誘發(fā)發(fā)病種質(zhì)中，發(fā)病嚴(yán)重程度與其人工注射接種后發(fā)病的嚴(yán)重程度無顯著相關(guān)性（P=0.570 5）（圖3-B）。

3"討論與結(jié)論

本試驗(yàn)篩選國(guó)際水稻所的種質(zhì)材料，選擇在試驗(yàn)基地具有相近生育期并在相同土壤條件下， 按照常規(guī)栽培方式進(jìn)行研究，不同種質(zhì)之間表現(xiàn)出來的田間抗性差異只能來自種質(zhì)本身。通過對(duì)23個(gè)水稻種質(zhì)的穗期農(nóng)藝性狀和對(duì)稻曲病的抗性比較分析，本研究發(fā)現(xiàn)稻曲病的發(fā)生存在明顯的種質(zhì)差異；旗葉和倒2葉寬的水稻在田間自然條件下更容易發(fā)生稻曲??；當(dāng)?shù)厩“l(fā)生時(shí)，倒2葉越長(zhǎng)和面積越大，發(fā)病越嚴(yán)重；人工接種發(fā)病程度較田間自然發(fā)病重，且在田間自然發(fā)病種質(zhì)中，發(fā)病嚴(yán)重度與人工接種發(fā)病嚴(yán)重度無顯著相關(guān)性。

前人已經(jīng)有關(guān)于水稻穗部葉片農(nóng)藝性狀與其稻曲病抗性之間的關(guān)系的報(bào)道。徐正進(jìn)等研究發(fā)現(xiàn)，水稻的稻曲病發(fā)病率與其旗葉寬呈極顯著正相關(guān)關(guān)系^［10］。陳天琪等也認(rèn)為，旗葉和倒2葉面積與稻曲病發(fā)生的程度呈正相關(guān)^［7］。上述研究與本研究結(jié)果一致，從稻曲病侵染角度來看，水稻旗葉和倒2葉葉片越寬，越有利于稻曲病菌的初始積累，進(jìn)而增加侵染成功的概率，利于病害發(fā)生。本研究結(jié)果可為水稻抗稻曲病品種選育和栽培品種選擇提供理論依據(jù)，即在品種選育上宜選擇葉片面積相對(duì)較小的品種。也存在另一種可能，即稻曲病抗性基因與水稻窄葉性狀連鎖。夏友霖等研究發(fā)現(xiàn)，花生晚斑病抗性也存在與晚熟、結(jié)果數(shù)少、小籽粒等不良性狀連鎖的情況^［11］。因此，在綜合性狀優(yōu)良品種選育時(shí)，需要擴(kuò)大篩選的遺傳群體，以打破抗性基因與不良性狀相關(guān)基因連鎖的情況。

建立高效的稻曲病抗性鑒定體系是抗病育種的重要基礎(chǔ)。本研究對(duì)2種抗性鑒定方法的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)2種方法的接種結(jié)果差異較大，篩選的23份種質(zhì)人工接種發(fā)病率為100%，田間自然發(fā)病率僅39%。目前，人工接種稻曲病相對(duì)自然發(fā)病具有更好的發(fā)病效果，是進(jìn)行水稻稻曲病抗性和病原菌致病性鑒定應(yīng)用較多的方法，然而利用人工接種進(jìn)行的抗性評(píng)價(jià)突破了水稻穗苞天然屏障，獲得的品種抗性程度不能完全反映田間自然條件下的品種抗性強(qiáng)弱，且工作量較大^［12-13］。田間自然發(fā)病的抗性鑒定方法受環(huán)境影響較大，環(huán)境菌量、濕度溫度均會(huì)對(duì)水稻抗性評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響，需要選擇利于發(fā)病的穩(wěn)定環(huán)境進(jìn)行多年多點(diǎn)試驗(yàn)。利用厚垣孢子噴霧接種稻曲病，在一些年份和地區(qū)發(fā)病效果明顯，但是效果穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步研究^［14-15］。而在其他病害如小麥穗部病害赤霉病的抗性鑒定工作中，采用單小花浸菌紙片法進(jìn)行接種，克服了環(huán)境條件和人為注射帶來的影響，取得了較好的效果^［16］。因此，建立可靠方便的稻曲病抗性鑒定方法，可以參考其他病原菌的抗性鑒定方法加以改良，仍需要根據(jù)稻曲病發(fā)生的實(shí)際情況進(jìn)行更多摸索。

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